Zink-koolstofcel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Zink-koolstofcel
Doorsnede van een zink-koolstofcel:1=anode (+), 2=grafietstaaf, 3=zink omhulsel, 4=bruinsteen, 5=elektrolyt, 6=kathode (-)
Doorsnede van een zink-koolstofcel:1=anode (+), 2=grafietstaaf, 3=zink omhulsel, 4=bruinsteen, 5=elektrolyt, 6=kathode (-)
Specificaties
Energie/inhoud ~100 Wh/l
Bronspanning 1,5 V
Corrosie bij een zink-koolstofcel door het lekken van het elektrolyt ammoniumchloride. Hierbij ontstaat het witte en corrosieve zinkchloride dat aan de buitenzijde van de batterij te zien is.

Een Zink-koolstofcel is een bekend type batterij.

De batterij wordt gebruikt in afstandsbedieningen, wekkers en zaklantaarns. De positieve elektrode (kathode) is een bruinsteenmassa, met een centrale grafietstaaf als geleider. Bruinsteen (mangaan(IV)oxide) voorkomt de vorming van belletjes waterstofgas, die de stroomgeleiding hinderen. Het elektrolyt is onder andere een salmiakzout of zinkchlorideoplossing. De negatieve elektrode (anode) is een omhulsel uit zink.

Ze geeft nominaal een spanning van 1,5 Volt. Als een hogere spanning nodig is, dan moeten meerdere ervan in serie geschakeld worden. De batterij is niet oplaadbaar, omdat de chemische reactie onomkeerbaar is. De zink-koolstofcel is een droge batterij en is daarom de opvolger van het Leclanché-element, dat een natte batterij was. Tegenwoordig wordt de zink-koolstofcel veelal vervangen door de alkalinebatterij die 3,5 keer meer stroom levert.

Eigenlijk is de naam "batterij" die in de volksmond veel gebruikt wordt, fout, dat moet zijn "cel" of "element" als het er één betreft. Meerdere cellen vormen een "batterij", al dan niet oplaadbaar, die kunnen samen in één behuizing zitten, bekend voorbeeld is de auto accu of de bekende 9 Volt batterij. Vaak worden ze samen "geseald" met een soort van krimpfolie, dat wordt ook veel door amateurs bij zelfbouw gedaan, elke spanning en stroom kan dan zelf bepaald worden. Ook komt dit type batterij veel voor in z.g. "accupacks", bij vooral laptops. Meestal zit er dan een kunststof "doosje" omheen. Het voordeel daarvan is dat men met een beetje handigheid de meestal oplaadbare cellen zelf kan vervangen, wat een aanzienlijke kostenbesparing kan opleveren.

Chemische reactie[bewerken]

Aan de negatieve pool zal het zink oxideren en het elektrolyt ingaan. Hierbij staat het twee elektronen af:

\mathrm{Zn\ \longrightarrow\ Zn^{2+}\ +\ 2\ e^-}

Aan de positieve pool zal reductie plaatsvinden, waarbij het mangaan(IV)oxide als depolarisator optreedt en het waterstofgas oxideert tot water. Mangaan wordt gereduceerd:

\mathrm{2\ MnO_2\ +\ 2\ H^{+}\ +\ 2\ e^-\ \longrightarrow\ Mn_2O_3\ +\ H_2O}

De waterstofionen zijn afkomstig van het elektrolyt (ammoniumchloride):

\mathrm{NH_4^+\ \longrightarrow\ NH_3\ +\ H^+}

De vrijgekomen ammoniak-moleculen complexeren daarbij met de zinkionen:

\mathrm{Zn^{2+}\ +\ 2\ NH_3\ \longrightarrow\ [Zn(NH_3)_2]^{2+}}

De totale vergelijking is dan:

\mathrm{Zn\ +\ 2\ MnO_2\ +\ 2\ NH_4Cl\ \longrightarrow\ Mn_2O_3\ +\ [Zn(NH_3)_2]Cl_2\ +\ H_2O}

Lekkage[bewerken]

Bij deze batterij is het belangrijk dat wanneer de batterij leeg is deze snel mogelijk uit het apparaat gehaald moet worden. De reden is dat het zinken omhulsel langzaam opgelost wordt in het elektrolyt en dat er na verloop van tijd gaten kunnen ontstaan, waar het corrosieve zinkchloride uitlekt. Hetzelfde geldt wanneer dit type batterijen lange tijd niet gebruikt worden omdat het ammoniumchloridezuur het zink continue aantast en zal oplossen.

Klein chemisch afval[bewerken]

Lege zink-koolstofbatterijen behoren – net als alle andere batterijen – tot het klein chemisch afval (kca) en mogen dus niet in de huishoudelijke afvalbak of in de natuur weggegooid worden. Ze dienen teruggebracht te worden naar de detailhandel waar ze gekocht zijn of naar een gemeentelijk inzamelpunt. (Nl: Stibat; Be: Bebat)

Op deze wijze komen ze niet in het leefmilieu terecht en kunnen uit de gebruikte batterijen en accu's de milieugevaarlijke en herbruikbare stoffen gehaald worden.